CN102191519B - 铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料技术领域的铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，采用混合盐和添加剂配制酸性电沉积液，然后以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，经电化学活化后在电沉积液中进行直流电沉积使复合材料表面形成铝膜。本发明克服了用常规表面处理方法在铝基复合材料表面形成的保护膜的防腐效果不如基体金属表面保护膜的缺点，弥补了阳极氧化不能在铝基复合材料表面形成连续保护膜的不足，弥补了化学转化膜整体厚度不大、在颗粒处成膜差的不足。

Description

铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的表面涂层及其制备，具体是一种铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法。
背景技术
原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料中，由于具有导电性良好、密度低、硬度高、熔点高和界面润湿性良好等优点的TiB2颗粒的引入，提高了该复合材料的强度、刚度、耐磨性、弹性模量等性能，使其在众多领域都具有广泛的应用前景。该复合材料在使用环境条件下的稳定性是其广泛应用的前提，但由于TiB2颗粒的存在导致其耐腐蚀性能比基体合金低很多，所以严重限制了其在潮湿空气、海水等环境中的应用。这主要是由于TiB2颗粒的生成增大了复合材料的不均匀性，以及它的导电性使其与基体在腐蚀性介质中极易发生的电偶反应加速了基体的腐蚀。因此，在该复合材料表面电沉积一层耐蚀性优异且可进行常规后处理的铝膜将满足其广泛应用的需求。
有关提高铝基复合材料表面耐腐蚀性能的报道非常少，且工艺手段大多是模仿铝合金在材料的表面制备氧化铝膜。经对现有技术的文献检索发现，贺春林等人在《金属学报》2001：37(8)：865-868撰文“2024Al与SiCP/2024Al复合材料的腐蚀与腐蚀控制研究”，该文采用热水封闭的SiCP/2024Al复合材料阳极氧化膜具有一定的耐腐蚀性能，但由于氧化膜中SiC颗粒的存在破坏了膜的均匀性和完整性。另外，也有在铝基复合材料表面制备化学转化膜提高其耐腐蚀性能的方法，但由于化学膜膜厚不够(大多为3～5μm)，防腐程度有限，所以实际应用受到限制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，在原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料表面制备一层完整、致密、均匀、与基体结合力好、厚度可控的铝膜，使其克服了用常规表面处理方法在铝基复合材料表面形成的保护膜的防腐效果不如基体金属表面保护膜的缺点，弥补了阳极氧化不能在铝基复合材料表面形成连续保护膜(氧化铝膜)的不足，弥补了化学转化膜整体厚度不大、在颗粒处成膜差的不足。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用混合盐和添加剂配制酸性电沉积液，然后以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，经电化学活化后在电沉积液中进行直流电沉积使复合材料表面形成铝膜。
所述的铝基复合材料是指：原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料。
所述的铝基复合材料和纯铝均经表面抛光处理。
所述的抛光处理是指：将铝基复合材料和纯铝依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
所述的混合盐是指：经干燥处理的氯化钾和氯化钠。
所述的干燥处理方法是指：将氯化钾和氯化钠于400℃加热干燥8～10h。
所述的电沉积液的组分及质量百分比含量为：无水氯化铝75％～82％、氯化钾7.5％～11.5％、氯化钠8％～12％、添加剂1.5％～2.5％。
所述的电化学活化具体是指：以纯铝作为阴极、以铝基复合材料作为阳极，在0.2～0.5A/dm2的电流密度下进行电化学反应，反应时间为3～8min，温度为130℃。
所述的直流电沉积是指：以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，直流电沉积工艺参数为：电流密度为0.7～1.5A/dm2，电沉积时间为30～60min，电沉积温度为130℃。
本发明原理在于：在原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料表面电沉积一层铝膜可以提高该复合材料表面的抗腐蚀性能，一方面是因为纯铝具有优异的耐蚀性、抗氧化性、可加工性等特性；另一方面是因为电沉积铝膜与铝基复合材料的铝基体不存在电位差，它们之间不会发生电偶腐蚀，即使铝膜被损坏也不会加速基体的腐蚀；此外，还因为电沉积铝膜与铝基复合材料铝基体之间不存在热膨胀系数的差别，使铝膜附着力强、耐温性好；第四，因为铝基复合材料表面电沉积的铝膜是完整、平整的，其耐蚀性不会低于基体合金铝膜的耐蚀性。
本发明通过在TiB2颗粒增强铝基复合材料表面制备一层完整的铝膜，完全把导电颗粒TiB2和复合材料中的其他相都覆盖住，由此消除了TiB2与基体中α-Al之间以及复合材料中其他相(除α-Al相)与α-Al之间发生电偶反应的可能性，相当于复合材料的表面变成了纯铝，将使复合材料表面具备较好的耐腐蚀等性能。本发明所形成的铝膜还可以进行一系列的相关后处理操作(如阳极氧化)，此时相当于在纯铝上操作，这将弥补铝基复合材料其他表面处理的一些不足，如弥补颗粒增强铝基复合材料阳极氧化膜连续性差的不足，弥补化学转化膜整体厚度不大、在颗粒处成膜差的不足等。本发明在TiB2颗粒增强铝基复合材料表面制备铝膜的方法，简单易行，适应性强。采用该方法生产的具有铝膜的铝基复合材料，其铝膜厚度为10～20μm，且厚度可控，铝膜平整，同时因为铝膜是在复合材料表面形核、生长而成，所以相比喷涂方法其结合力要好，又因电沉积的铝膜与铝基复合材料的铝基体之间不存在热膨胀系数的差别和电位差，所以其附着力强、耐温性好和不会发生电偶腐蚀。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
1)铝基复合材料和纯铝分别依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
2)将氯化钾和氯化钠混合均匀后于400℃加热干燥8～10h。
3)把无水氯化铝、氯化钾、氯化钠及添加剂均匀混合后，升温至130℃熔化制得电沉积液。电沉积液中各组分的质量百分比为：无水氯化铝75％、氯化钾11.5％、氯化钠12％、添加剂1.5％。
4)在电沉积液中，以纯铝作为阴极，铝基复合材料作为阳极，在0.3A/dm2的电流密度下进行电化学活化，反应时间为3min，温度为130℃。
5)在电沉积液中，以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，在0.7A/dm2，130℃下对复合材料进行30min的直流电沉积。
得到的铝基复合材料表面的铝膜致密、均匀、平整、完整、与基体结合力好，其厚度约为10μm。在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学实验，结果表明：表面电沉积铝膜的铝基复合材料与未处理的铝基复合材料相比，耐腐蚀性能明显提高，腐蚀电流密度从10-5A/cm2数量级，降低到10-6A/cm2数量级。
实施例2
1)铝基复合材料和纯铝分别依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
2)将氯化钾和氯化钠混合均匀后于400℃加热干燥8～10h。
3)把无水氯化铝、氯化钾、氯化钠及添加剂均匀混合后，升温至130℃熔化制得电沉积液。电沉积液中各组分的质量百分比为：无水氯化铝78％、氯化钾10％、氯化钠10％、添加剂2％。
4)在电沉积液中，以纯铝作为阴极，铝基复合材料作为阳极，在0.4A/dm2的电流密度下进行电化学活化，反应时间为5min，温度为130℃。
5)在电沉积液中，以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，在1.2A/dm2，130℃下对复合材料进行45min的直流电沉积。
得到的铝基复合材料表面的铝膜致密、均匀、平整、完整、与基体结合力好，其厚度约为17μm。在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学实验，结果表明：表面电沉积铝膜的铝基复合材料与未处理的铝基复合材料相比，耐腐蚀性能明显提高，腐蚀电流密度从10-5A/cm2数量级，降低到10-7A/cm2数量级。
实施例3
1)铝基复合材料和纯铝分别依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
2)将氯化钾和氯化钠混合均匀后于400℃加热干燥8～10h。
3)把无水氯化铝、氯化钾、氯化钠及添加剂均匀混合后，升温至130℃熔化制得电沉积液。电沉积液中各组分的质量百分比为：无水氯化铝82％、氯化钾7.5％、氯化钠8％、添加剂2.5％。
4)在电沉积液中，以纯铝作为阴极，铝基复合材料作为阳极，在0.5A/dm2的电流密度下进行电化学活化，反应时间为8min，温度为130℃。
5)在电沉积液中，以铝基复合材料为阴极、纯铝为阳极，在1.5A/dm2，130℃下对复合材料进行60min的直流电沉积。
得到的铝基复合材料表面的铝膜致密、均匀、平整、完整、与基体结合力好，其厚度约为20μm。在3.5wt％NaCl溶液中进行电化学实验，结果表明：表面电沉积铝膜的铝基复合材料与未处理的铝基复合材料相比，耐腐蚀性能明显提高，腐蚀电流密度从10-5A/cm2数量级，降低到10-7A/cm2数量级。

Claims (6)

1.一种铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）电化学活化：以纯铝作为阴极，以原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料作为阳极，在0.2～0.5A/dm2的电流密度下进行电化学反应，反应时间为3～8min，温度为130℃；
（2）直流电沉积：采用混合盐和添加剂配制酸性电沉积液，经电化学活化后的原位内生TiB2颗粒增强铝基复合材料为阴极，纯铝为阳极，在电沉积液中进行直流电沉积使复合材料表面形成铝膜；直流电沉积工艺参数为：电流密度为0.7～1.5A/dm2，电沉积时间为30～60min，电沉积温度为130℃。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的铝基复合材料和纯铝均经表面抛光处理。
3.根据权利要求2所述的铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的抛光处理是指：将铝基复合材料和纯铝依次经过400#、800#、1200#、2000#砂纸打磨抛光。
4.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的混合盐是指：经过干燥处理的氯化钾和氯化钠的混合。
5.根据权利要求4所述的铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的干燥处理方法是指：将氯化钾和氯化钠于400℃加热干燥8～10h。
6.根据权利要求1所述的铝基复合材料表面熔盐电沉积铝膜的制备方法，其特征是，所述的电沉积液的组分及质量百分比含量为：无水氯化铝75%～82%、氯化钾7.5%～11.5%、氯化钠8%～12%、添加剂1.5%～2.5%。
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